CN102737897A

CN102737897A - 操作输入装置

Info

Publication number: CN102737897A
Application number: CN2012101053204A
Authority: CN
Inventors: 古河宪一; 沼宫内贵之; 山田健介
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2011-04-12
Filing date: 2012-04-11
Publication date: 2012-10-17
Also published as: JP2012221362A; US20120262256A1

Abstract

本发明提供能够抑制磁轭的变形的操作输入装置。该操作输入装置具备利用作用在操作面(13)上的操作输入而向下方位移的方向键(10)、设在方向键(10)上的上磁轭(75)、利用上磁轭(75)检测方向键(10)的位置并输出与方向键(10)向下方的位移量对应的信号的线圈(71a、74a)、以及配置在方向键(10)的下方的下机械挡块部(30)，下机械挡块部(30)以在方向键(10)在操作面(13)的外缘部(18)的正下方与下机械挡块部(30)抵接后，方向键(10)不会比该抵接位置更向下方位移的方式进行限制。

Description

操作输入装置

技术领域

本发明涉及具备利用操作输入的作用而位移的操作部件，并输出与该位移量对应的信号的操作输入装置。

背景技术

图1是专利文献1所公开的操作输入装置6的剖视图。图1表示未施加操作输入的初期状态。操作输入装置6在线圈271、273的上侧具备上磁轭260及铁心261、263，在线圈271、273的下侧具备下磁轭280。

键240是通过与壳体230的开口部231的嵌合，在X方向及Y方向上被保持，在Z方向上能移动地被支撑的操作部件。键240在利用线圈状的棘轮弹簧250向Z方向施加初期负荷的状态下，与壳体230的上侧内表面232抵接。棘轮弹簧250其一端与键240的下表面中央部抵接，另一端与下磁轭280的上表面中央部抵接。棘轮弹簧250贯通设在上磁轭260的中央部的孔，该上磁轭260设在键240的下表面。上磁轭260由磁性体(例如，钢板、纯铁体)形成，进行与键240相同的动作。

图2是在施加使键240相对于XY平面向线圈271侧倾斜的操作输入的偏斜状态下的操作输入装置6的剖视图。若施加这种操作输入，则以罩230的上侧内表面232(图上左侧)为偏斜支点，上磁轭260及铁心261接近线圈271。通过接近线圈271，环绕线圈271的周围的磁导率上升，线圈271的自身感应系数增加。在向其他方向倾斜的场合也能够同样地考虑。因此，通过评价各线圈的感应系数，能够检测键240的偏斜方向和偏斜量(位移量)。

另外，在键240以罩230的上侧内表面232为支点偏斜的场合，该偏斜动作通过形成在键240的下表面中央部的突起部与卡定部281接触而停止。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2011-3536号公报

但是，在形成在键240的下表面中央部的突起部与卡定部281接触的图2的状态下，若进一步施加超过上磁轭260的塑性区域的应力施加的那样的操作输入，则上磁轭260有可能变形。若上磁轭260变形，则各线圈的感应系数的评价值变化，因此键240的位移量的检测误差变大。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供能够抑制磁轭的变形的操作输入装置。

为了实现上述目的，本发明的操作输入装置的特征在于，具备：

利用作用在操作面上的操作输入而向下方位移的操作部件；

设在上述操作部件上的磁轭；

利用上述磁轭检测上述操作部件的位置，并输出与上述操作部件向下方的位移量对应的信号的线圈；以及

配置在上述操作部件的下方的卡定部，

上述卡定部以在上述操作部件在上述操作面的外缘部的正下方与上述卡定部抵接后，上述操作部件不会比该抵接位置更向下方位移的方式进行限制。

本发明的效果如下。

根据本发明，能够抑制磁轭的变形。

附图说明

图1是在未施加操作输入的初期状态下的现有的操作输入装置6的剖视图。

图2是在施加使键240相对于XY平面向线圈271侧倾斜的操作输入的偏斜状态下的操作输入装置6的剖视图。

图3是作为本发明的一个实施方式的操作输入装置1的分解立体图。

图4是操作输入装置1的俯视图。

图5A是图4的A-A的操作输入装置1的剖视图。

图5B是图4的B-B的操作输入装置1的剖视图。

图5C是方向键10利用操作输入而位移且向一侧倾斜的状态的操作输入装置1的剖视图。

图6A是从正面观察壳体60的内侧时的略图。

图6B是从斜侧观察壳体60的内侧时的略图。

图中：1-操作输入装置，10-方向键，11-开口部，12-凸缘，13-操作面，14-下部(下表面)，15a～15d-止转件，16a～16d-上机械挡块部，17a～17d-凸起，18-外缘部，19-凹部，20-中心键，21-凸缘，30-下机械挡块部，31-开口部，32a～32d-抵接面，33a～33d-棘轮弹簧保持架，34-棘轮弹簧保持架，40-棘轮弹簧，50-电路板，60-壳体，61-开口部，62-上侧内表面，63a～63d-止转件，65-罩，66-开口部，70-棘轮弹簧，71a、72a、73a、74a-线圈，75-上磁轭，76-开口部，77a～77d-壁冲切部，78a～78d-安装孔，80-下磁轭，160-检测部。

具体实施方式

下面，参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。作为本发明的一个实施方式的操作输入装置是接受由操作者的手指等产生的力，输出与该受到的力对应地变化的输出信号的操作接口。根据该输出信号检测由操作者产生的操作输入。根据操作输入的检测，能够计算机地把握与该被检测的操作输入对应的操作内容。

例如，在游戏机、电视等操作用遥控装置、便携式电话及音乐播放器等便携终端、个人电脑、电制品等电子设备中，能够根据操作者有意识的操作内容移动这种电子设备所具备的可视数据终端的画面上的显示物(例如光标或指示器等指示显示及符号等)。另外，通过操作者施加规定的操作输入，能够发挥与该操作输入对应的电子设备的期望的功能。

另一方面，通常，线圈(绕线)等感应器的感应系数L在将系数设为K，将磁导率设为μ，将线圈的卷数设为n，将截面积设为S，将磁道长度设为d的场合，

L＝Kμn²S/d

这一关系式成立。从该关系式可以看出，在固定了线圈的卷数及截面积的依赖于形状的参数的场合，通过使周围的磁导率和磁道长度的至少任一个变化，感应系数变化。

以下对利用该感应系数的变化的操作输入装置的实施例进行说明。该操作输入装置在由X、Y、Z轴规定的直角坐标系中，接受从正的Z坐标的方向输入的操作者的力。操作输入装置具备通过由于操作输入的作用而与线圈的位置关系变化，从而使该线圈的感应系数变化的位移部件。操作输入装置通过根据与该感应系数的大小对应地变化的规定的信号，检测由于操作者的操作输入而位移的位移部件的动作，从而能够检测该操作输入。

图3是作为本发明的一个实施方式的操作输入装置1的分解立体图。图4是操作输入装置1的俯视图。图5A是图4的A-A的操作输入装置1的剖视图。图5B是图4的B-B的操作输入装置1的剖视图。图5C是方向键10由于操作输入而位移且向一侧倾斜的状态的操作输入装置1的剖视图。操作输入装置1具备由于操作输入的作用而位移的方向键10，输出与该位移量对应的信号。

操作输入装置1具备方向键10、上磁轭75、线圈71a、72a、73a、74a及下机械挡块30。方向键10具有操作面13，是通过作用在操作面13上的操作输入能向下方偏斜地位移的操作部件。上磁轭75设在方向键10的下表面14上，与方向键10的位移连动地位移。在图示的方式中，通过将形成在方向键10的下表面14上的突起状的四个凸起17a～17d插入形成在上磁轭75的四角的安装孔78a～78d中，上磁轭75被定位在方向键10的下表面14上。线圈71a、72a、73a、74a的各个利用上磁轭75以非接触的方式检测方向键10的位置，输出与方向键10向下方的位移量对应的信号。下机械挡块部30是配置在方向键10的下方的卡定部。下机械挡块部30以在方向键10在操作面13的外缘部18的正下方与下机械挡块部30的抵接面32(32a～32d)抵接后，方向键10不会比抵接面32的位置更向下方位移的方式进行限制。换言之，方向键10能向下方位移到与抵接面32抵接。

由于操作输入装置1具有这种结构，因此在方向键10在外缘部18的正下方与抵接面32抵接的机械限制状态下作用的高负荷的操作输入未作用在上磁轭75上，而作用在方向键10和下机械挡块部30上。由此，由于能够防止上磁轭75的变形，因此能够抑制方向键10的位移量的检测误差。另外，由于方向键10与下机械挡块部30抵接的位置位于方向键10的外缘部18的正下方，因此在方向键10等部件上不会作用弯曲应力，而是作用压缩应力，因此能够提高机械挡块结构的强度。

另外，下机械挡块部30与以从上磁轭75的下表面向下方突出的方式设在方向键10的下表面14上的突起部抵接。在图示的方式中，作为该突起部，示例了上机械挡块部16a～16d(参照图5B、图5C)。上机械挡块部16a～16d形成在方向键10的下表面14中的外缘部18的正下方部分，贯通形成在上磁轭75的中央部的开口部76。上机械挡块部16a～16d以分别相对的方式贯通形成在开口部76的周边部的凹状的壁冲切部77a～77d，与形成在分别相对的位置的抵接面32抵接。抵接面32以其法线方向为上下方向的方式形成在下机械挡块部30的上表面。上机械挡块部16a～16d为了抵接时的冲击分散，优选与抵接面32以面接触。

另外，操作输入装置1作为对方向键10向上方加力并使方向键10的凸缘12与上方部件抵接的弹性部件，具备棘轮弹簧40。在图示的方式中，作为其上方部件，示例了壳体60。壳体60例如是安装了操作输入装置1的游戏机等电子设备的框体。利用这种弹性部件，对方向键10施加返回未作用有操作输入的初期状态位置的力。棘轮弹簧40贯通与上机械挡块部16a～16d贯通的开口部相同的开口部76。棘轮弹簧40的上端通过与形成在方向键10的下表面14上的环状的凹部19的配合而被定位。

另外，下机械挡块部30作为支撑棘轮弹簧40的棘轮弹簧支撑部，具有棘轮弹簧保持架33a～33d。由此，能够利用实现机械挡块功能的相同部件(下机械挡块部30)实现棘轮弹簧40的下端的定位功能。棘轮弹簧保持架33a～33d圆状且等间隔地设在下机械挡块部30的上表面，是形成为从外侧支撑棘轮弹簧40的下端的侧面的凸状部。

另外，下机械挡块部30作为支撑利用设在方向键10的中央部的中心键20变形的棘轮弹簧70的棘轮弹簧支撑部，具有棘轮弹簧保持架34。由此，能够利用实现机械挡块功能的相同部件(下机械挡块部30)实现棘轮弹簧70的周边部的定位功能。棘轮弹簧保持架34是形成在下机械挡块部30的中央部的开口部。在该开口部的下侧的周边部形成有通过在与电路板50之间夹持棘轮弹簧70的周边部而固定棘轮弹簧70的台阶。通过设置台阶，能够去掉通过覆盖棘轮弹簧的上表面而固定棘轮弹簧的层压膜等固定用膜。其结果，能够减少部件件数，能够使组装简单化。

另外，形成在方向键10的外缘部18的外侧侧面的凸状的止转件15a～15d通过与形成在壳体60的开口部61的周边部的凹状的止转件63a～63d配合(参照图6A、图6B)，以方向键10不会旋转的方式进行限制。也可以止转件15a～15d形成为凹状，止转件63a～63d形成为凸状。止转件15a～15d及63a～63d的凹部或凸部形成在相对于方向键10的操作面13为平行的方向上。由此，限制方向键10在与操作面13平行的平面内旋转。

如果方向键10和壳体60的材料均为树脂制，则能够抑制止转件15a～15d与止转件63a～63d的接触面产生摩擦及磨耗。另外，在方向键10以凸缘12和壳体60的上侧内表面62的接触点为支点进行偏斜动作时或进行在该接触点的滑动动作时，能够抑制产生由该动作引起的摩擦及磨耗。另外，能够减少摩擦阻力，能够改善操作者的操作感。另外，由于方向键10的操作，棘轮弹簧40弹性变形，但由于利用形成在方向键10的下表面14的凹部19支撑棘轮弹簧40，因此能够减少由凹部19的支撑面和弹簧变形产生的磨耗及摩擦音。

在壳体60的上表面配置有具有以方向键10贯通的方式形成的开口部66的罩65。通过使罩65为金属制，罩65作为相对于静电保护内部部件的屏蔽件起作用。

另外，操作输入装置1具备通过被夹在方向键10和棘轮弹簧70之间而被支撑的中心键20。中心键20是在Z轴上具有在方向键10的操作面13露出的面的按下部。在中心键20的周边部形成凸缘12，以便在与形成在方向键10的中央部的开口部11嵌合的状态下被定位。通过中心键20从上方被推压，使配置在电路板50上的棘轮弹簧70从其顶点部向下方变形。

在电路板50的下侧配置有下磁轭80。通过构成下磁轭80，能够容易地检测感应系数的变化。壳体60隔着电路板50安装在下磁轭80的四角上。

接着，对操作输入装置1的位移量的检测结构详细地进行说明。

操作输入装置1具有例如具有配置有多个线圈(在本结构的场合，四个线圈71a、72a、73a、74a)的配置面的电路板50。电路板50是具有与XY平面平行的配置面的基部。电路板50可以是例如树脂制的电路板(具体地说，柔性电路板、FR-4电路板)，如果确保绝缘性，为了作为磁轭起作用，可以是将钢板或硅素板等作为基材的铁板电路板。

四个线圈71a、72a、73a、74a排列在能够连接与作为三次元的直角坐标系的基准点的原点O的距离相等的点的假想的圆的圆周方向上。线圈71a等在考虑容易计算操作者的力的向量这方面，优选在其圆周方向上等间隔地配置。在各线圈互相为相同特性的场合，只要相邻的两个线圈的重心间的距离相等即可。线圈71a～74a在被X轴和Y轴夹持的XY平面内的倾斜45°的四个方向上，在圆周方向上每隔90°地配置。例如，线圈74a配置在第一象限，线圈71a配置在第二象限，线圈72a配置在第三象限，线圈73a配置在第四象限。

另外，各线圈也可以在X(+)、X(-)、Y(+)、Y(-)的四个方向的各X、Y轴上每隔90°配置。X(-)方向是在XY平面上相对于X(+)方向反向180°的方向，Y(-)方向是在XY平面上相对于Y(+)方向反向180°的方向。

方向键10是利用操作输入而位移的操作部件，根据该操作输入的输入量，从壳体60的开口部61向壳体60的内侧的位移量连续地变化。

操作输入装置1具备以非接触的方式检测方向键10的位置，输出与方向键10的位移量对应的信号的检测机构。操作输入装置1作为该检测机构，具有感应系数根据方向键10的位移量及位移方向分别变化的线圈71a～74a、及检测部160。

线圈71a～74a是以非接触的方式利用固定在方向键10的下表面14上的上磁轭75检测方向键10的位置，输出与方向键10的位移量对应的信号波形的检测部件。线圈71a～74a例如圆筒状地卷绕有线材(导线)。线圈71a～74a的形状优选圆筒状，但只要是筒状即可，也可以是例如方筒状。另外，线圈71a～74a在考虑提高组装性及耐冲击性方面，可以卷绕在线轴上。

上磁轭75与方向键10的位移连动地位移。在方向键10的凸缘12的下表面设有与电路板50上的线圈71a等相同的个数的磁轭，可以与方向键10的位移连动地位移。方向键10相对于线圈71a等设在操作者的力输入的一侧，是具有与线圈71a的上端面相对的下表面14、操作者的力能够直接或间接地作用的操作面13的板状部件。磁轭只要是比磁导率比1高的材质即可。例如，若比磁导率是1.001以上则是合适的，具体地说，优选钢板(比磁导率为5000)等。上磁轭75与方向键10是不同部件。上磁轭75和各线圈配置在互相相对的位置上。方向键10通过操作者的力作用在操作面13上，使线圈71a等的上端面的上方的上磁轭75的位置变化，从而使线圈71a等的感应系数变化。

上磁轭75可以是形成有与每个线圈相对的铁心的部件。各铁心通过利用操作输入的作用而在线圈71a等的内部(即，空心部内)沿线圈71a等的中心轴的轴线方向位移，使线圈71a等的感应系数变化。在该场合，就各铁心而言，如果线圈71a等是圆筒状，优选是圆柱状的磁性体，如果线圈71a等是方筒状，则优选是方柱状的磁性体。

通过分别检测各线圈的感应系数，能够计算操作输入相对于直角坐标系的原点O的输入方向(XY平面的操作输入的输入位置)和该操作输入的大小(向Z方向的推入量)。

棘轮弹簧40是能使方向键10向下方位移地支撑方向键10的支撑部件。棘轮弹簧40是以配置在方向键10的下表面14的上磁轭75和配置在电路板50上的各线圈的间隔弹性地变化的方式在下表面14和电路板50的相对方向上弹性地支撑方向键10的弹性支撑部件。

棘轮弹簧40可以设置在电路板50和方向键10的下表面14之间。棘轮弹簧40以即使操作者的力作用在方向键10上，上磁轭75和电路板50的线圈71a～74a也不会接触的方式弹性地支撑方向键10。棘轮弹簧40能相对于与Z轴正交的XY平面倾斜地支撑方向键10，能在Z轴方向上移动地支撑方向键10。另外，棘轮弹簧40是在沿方向键10的下表面14离开电路板50上的线圈71a等的方向被加力的状态下支撑方向键10的加力支撑部件。

棘轮弹簧40以在操作者的力未作用的状态下方向键10的操作面13与XY平面平行的方式弹性地支撑方向键10。方向键10的操作面13可以是平坦的面，也可以是相对于XY平面形成为凹状的面，也可以是相对于XY平面形成为凸状的面。通过将操作面13改变为期望的形状，能够提高操作者的操作性。另外，方向键10的操作面13可以是圆状、椭圆状及多边形状。

棘轮弹簧40是以从壳体60的内部侧向开口部61加力的方式设置的线圈弹簧。通过将棘轮弹簧40做成圆锥线圈弹簧，能够提高弹簧的耐久性，能够容易使方向键10相对于开口部61倾斜。棘轮弹簧40在操作方向键10而使方向键10下降时，总是对方向键10施加返回未对方向键10施加力的初期位置状态的高度(即，图5A、5B所示的位置)的向上的力。棘轮弹簧40是圆锥状的线圈弹簧，但也可以是圆筒状的线圈弹簧、环状的弹性体(例如橡胶)。

如图5A、5B所示，操作输入装置1在方向键10对壳体60的内侧加力而接触的状态下安装在壳体60上。即，方向键10与壳体60的上侧内表面62抵接，利用棘轮弹簧40的反作用力被支撑。

壳体60是安装有操作输入装置1的便携式电话等电子设备的框体。操作输入装置1自身也可以具备壳体60。壳体60的上表面的开口部61的形状是圆状，但只要形成为与方向键10的形状一致即可，可以是四边形或八边形等多边形状。

利用壳体60，规定方向键10相对于棘轮弹簧40的向上方的作用力能向上方移动的最大高度。方向键10的最大行程量设定为方向键10的位置能以非接触的方式检测的范围内。即，与该最大行程量相当的部分的空间能够维持在壳体60内。

检测部160通过电性地检测线圈71a等的感应系数的变化，输出与上磁轭75的连续地变化的模拟位移量(换言之，方向键10的位移量(操作输入量))对应的检测信号。检测部160可以由操作输入装置1的电路板50或未图示的电路板(例如，安装有操作输入装置1的上述的游戏机等电子设备等电子设备的电路板)所安装的检测电路构成。

下面，对检测部160作为线圈71a的感应系数的变化，检测规定的感应系数评价值的变化的场合进行说明。另外，由于对线圈72b、73b、74b的感应系数的变化也同样地考虑，因此省略其说明。

例如，检测部160检测与线圈71a的感应系数的变化等价地变化的物理量，将该物理量的检测值作为与上磁轭75的线圈71a侧的位移量等价的值输出。另外，检测部160也可以通过检测与线圈71a的感应系数的变化等价地变化的物理量，计算线圈71a的感应系数，将该感应系数的计算值作为与上磁轭75的线圈71a侧的位移量等价的值输出。另外，检测部160也可以根据该物理量的检测值或该感应系数的计算值计算上磁轭75的线圈71a侧的位移量，输出该位移量的计算值。

具体地说，检测部160通过向线圈71a供给脉冲信号，在线圈71a上产生与线圈71a的感应系数的大小对应地变化的信号波形，根据该信号波形电性地检测线圈71a的感应系数的变化。

例如，随着线圈71a的上端面的上方的(或线圈71a的空心部内的)上磁轭75向下方的位移量增加，线圈71a周围的磁导率增加，线圈71a的感应系数增加。随着线圈71a的感应系数增加，由于脉冲信号的供给而在线圈71a的两端产生的脉冲电压波形的振幅也变大。因此，通过将该振幅作为与线圈71a的感应系数的变化等价地变化的物理量，检测部160通过检测该振幅，能够将该振幅的检测值作为与上磁轭75的线圈71a侧的位移量等价的值输出。另外，检测部160也能够从该振幅的检测值计算线圈71a的感应系数，将该感应系数的计算值作为与上磁轭75的线圈71a侧的位移量等价的值输出。

另外，随着线圈71a的感应系数增加，由于脉冲信号的供给，在线圈71a中流动的脉冲电流波形的倾斜度变缓。因此，通过将该倾斜度作为与线圈71a的感应系数的变化等价地变化的物理量，检测部160通过检测该倾斜度，能够将该倾斜度的检测值作为与上磁轭75的线圈71a侧的位移量等价的值输出。另外，检测部160也能够从该倾斜度的检测值计算线圈71a的感应系数，将该感应系数的计算值作为与上磁轭75的线圈71a侧的位移量等价的值输出。

图5C是在对方向键10施加向线圈73a和74a之间的方向倾斜的操作输入的偏斜状态下的操作输入装置1的剖视图。克服棘轮弹簧40向上方的作用力，并在Z方向被向下的力推压的方向键10以凸缘12和壳体60的上侧内表面62的接触点为支点偏斜。由此，上磁轭75与线圈73a和74a接近(在上磁轭75形成有向下方突出的铁心的场合，进入线圈73a、74a的空心部内)。通过接近线圈73a、74a(进入线圈73a、74a的空心部内)，环绕线圈73a、74a的周围的磁导率上升，线圈73a、74a的自身感应系数增加。在向其他方向倾斜的场合也能够同样地考虑。因此，根据利用线圈71a～74a或检测部160对各线圈分别检测的感应系数评价值的大小，能够检测方向键10的偏斜方向和行程量。

以上，对本发明的优选的实施例进行了详细说明，但本发明未限定于上述的实施例，能够不脱离本发明的范围地在上述实施例外添加各种变形、改进及置换。

例如，弹性地支撑方向键10的支撑部件未限定于返回弹簧40那样的弹性部件，可以是橡胶部件、海绵部件、填充了空气或油的缸。

另外，本发明的操作输入装置未限定于手指，也可以利用手掌进行操作。另外，可以利用脚趾或脚掌进行操作。另外，操作者接触的面可以是平面，也可以是凹面、凸面。

Claims

1.一种操作输入装置，其特征在于，具备：

利用作用在操作面上的操作输入而向下方位移的操作部件；

设在上述操作部件上的磁轭；

配置在上述操作部件的下方的卡定部，

2.根据权利要求1所述的操作输入装置，其特征在于，

上述卡定部与以从上述磁轭的下表面突出的方式设在上述操作部件的下表面的突起部抵接。

3.根据权利要求1或2所述的操作输入装置，其特征在于，

具备对上述操作部件向上方加力而使上述操作部件的凸缘与上方部件抵接的弹性部件。

4.根据权利要求3所述的操作输入装置，其特征在于，

上述卡定部具有支撑上述弹性部件的弹性部件支撑部、及/或支撑利用设在上述操作部件的中央部的推压部而变形的棘轮弹簧的棘轮弹簧支撑部。

5.根据权利要求3或4所述的操作输入装置，其特征在于，

上述操作部件的止转部以通过与上述上方部件的止转部配合，而使上述操作部件不会旋转的方式进行限制。